Procédé pour produire, entre au moins deux éléments agencés pour se déplacer l'un par rapport à l'autre, une force s'opposant à leur déplacement, et dispositif pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention a pour objets un procédé pour produire entre au moins deux éléments agencés pour se déplacer l'un par rapport à l'autre une force s'opposant à leur déplacement, et un dispositif pour la mise en aeuv re de ce procédé.
Elle a notamment pour but d'assurer une transmission entre des éléments adjacents peu écartés l'un de l'autre. Dans une mise en couvre particulière du procédé selon l'inven tion. on commande le glissement de ces élé ments l'un par rapport à l'autre en faisant varier la force qui s'oppose à leur déplace ment relatif. Les dispositifs particuliers de mise en pauvre du procédé selon l'invention constituent des embrayages ou des freins.
Selon le procédé objet de l'invention, on maintient lesdits éléments en contact avec Lin mélange comprenant une substance déforma- ble et des particules d'une matière ferro magnétique finement divisée, et on soumet ce mélange à l'action d'un champ magnétique.
Le dispositif pour la mise en #uvre du procédé susdit est caractérisé en ce qu'il com prend un premier élément constitué par un récipient contenant ledit mélange, au moins un autre élément présentant au moins une partie disposée à l'intérieur dudit récipient et en contact avec le mélange, et, des moyens pour produire un champ magnétique à l'inté rieur du récipient. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, huit formes d'exécution du dispo sitif revendiqué, dans lesquelles le procédé selon l'invention est mis en aeuvre.
Les fig. 1 à 6 sont des coupes axiales schématiques de six formes d'exécution.
La fig. 7 est une coupe axiale schématique d'une septième forme d'exécution.
La fig. 8 est une coupe transversale sui vant 8-8 de la fig. 7.
La fig. 9 est une coupe axiale schématique d'une huitième forme d'exécution, et la fig. 10 est une coupe transversale sui vant 10-10 -de la fig. 9.
Le fonetionnemerit de plusieurs des formes d'exécution représentées est basé sir le fait que, si deux surfaces de matière ferromagné tique légèrement espacées sont reliées entre elles par un fluide contenant un grand nom bre de particules d'tme matière ferromagnéti que finement divisée, par exemple par des particules de fer doux, et qu'un champ ma gnétique est appliqué entre ces deux surfaces, elles ont tendance à se bloquer l'une l'autre, de manière à transmettre un mouvement, transversal à l'espace qui les sépare et qui contient lesdites particules,
et ceci aussi long temps que le champ magnétique subsiste.
La fig. 1 représente une première forme d'exécution du dispositif. Celui-ci comprend deux axes 1 et 2, montés pour tourner indé- pendamment dans des paliers convenables (non représentés). Un disque 3 est fixé à l'axe supérieur 1, tandis qu'une enveloppe 4 est fixée à l'axe inférieur 2.
Cette enveloppe contient un mélange de fluide magnétique comprenant un corps fluide et une quantité de particules d'une matière ferromagnétique finement divisée, telle par exemple que de la poudre de fer doux, de dimension moyenne égale à huit microns. Le pourcentage de poudre peut varier dans des limites assez larges, mais on a trouvé qu'un mélange con tenant environ 60% de poudre en volume donne des résultats satisfaisants.
Un enroule ment de champ 6 est placé, comme le montre la figure, de manière que lorsqu'il est excité par un courant électrique, il produit un champ magnétique dans l'espace compris entre les plaques 3 et 4, comme le montrent les flèches. Cet espace présente une dimension telle qu'il fournit le chemin de retour le plus court pour le flux magnétique, l'axe 1 étant, par exemple, fait d'une matière non magné- tque, une partie 5 entourant cet axe étant faite d'une matière non magnétique, ou le circuit magnétique étant conçu de toute autre manière convenable pour assurer un fonction renient efficace.
Cette première forme d'exé cution est avantageusement employée avec une huile lubrifiante légère, mais, en général, on peut utiliser n'importe quel liquide possé dant des propriétés mécaniques convenables pour assurer que le mélange se comporte comme un fluide plutôt visqueux à toutes les températures de fonctionnement prévues.
La partie non magnétique 5 porte des ba gues 12 et elle est. schématiquement repré sentée comme enfermant un palier pour l'ex trémité de l'enveloppe 4 qui entoure l'axe 1. Un presse-étoupe 10 qui sert à, retenir le fluide magnétique dans l'enveloppe 4 et à l'empêcher de pénétrer jusqu'au palier est également représenté de façon schématique. Il est cependant évident que ces détails peu vent varier dans de larges mesures suivant les nécessités de la. construction particulière, pour conformer celle-ci aux principes d'une bonne conception et de la pratique mécanique.
Une batterie 7 est, destinée à fournir du courant à l'enroulement de champ 6, et ce courant peut être commandé au moyen d'un rhéostat 9 et amené à l'enroulement 6 au moyen de balais 11 et des bagues 12 auxquel les sont respectivement connectés des con ducteurs 13 et 14 qui aboutissent aux bornes dudit enroulement.
Quand l'enroulement 6 est, excité, il existe une grande force de couplage entre les deux axes 1 et 2. Par exemple, si l'axe 1 est. en traîné et tourne et, que l'aimant n'est pas excité, l'axe 2 reste immobile. Si on augmente graduellement le courant fourni à l'enroule ment 6, un couple déterminé prend progres sivement naissance entre les deux organes 3 et 4. Toutes choses égales d'ailleurs, la valeur de ce couple dépend du courant traversant l'enrouïement 6. Si le couple développé dans l'embrayage est plus grand que celui requis par la charge appliquée à. l'axe 2, les deux organes 3 et 4 sont bloqués l'un par rap port à l'autre et tournent. à la. même vitesse.
Une caractéristique de net embrayage con siste en ce que l'axe entraîné atteint sa vi tesse maximum très doucement et, sans brou ter. Si le couple maximum que 'embray age peut développer (couple qui est limité par les paramètres physiques et électriques de cet embrayage) est. inférieur à celui requis pour faire tourner l'axe 2 aussi vite que l'axe l., il se produit un glissement relatif entre les deux axes. Cependant, à toutes les vitesses de glissement, l'embrayage transmet pratique ment le même couple.
En d'autres termes, en cas de glissement, l'embrayage fonctionne pratiquement comme un dispositif de trans mission à couple constant. La valeur de ce couple constant est aussi la valeur maximatn du couple que l'embrayage est capable de transmettre sans glisser. Aux grandes vi tesses de glissement, il se produit un certain entraînement par viscosité qui augmente le couple, mais, lorsque les surfaces coopérant avec le fluide magnétique du disque 3 sont polies, cette augmentation est habituellement négligeable. I1 est évident, que le même dispositif peut aussi servir de frein si un des éléments 1 et 2 est maintenu fixe.
Dans ces conditions, il n'y a pas d'action effective de freinage avant que la, bobine 6 ne soit excitée et, à ce moment, un couple antagoniste exerçant une action de freinage sur l'élément constitué par l'axe tournant est engendré.
La fig. 2 représente une deuxième forme d'exécution comprenant deux éléments cons titués par des axes 21 et 22. L'axe 21 porte un tambour intérieur 23 (correspondant au disque 3 de la fi-. 1) qui lui est fixé rigide ment. Ce tambour 23 est fait d'une matière ferromagnétique telle que du fer, sauf une bague 23' qui est en laiton ou en une autre matière non magnétique et qui est. brasée ou fixée de toute autre façon au voisinage de l' équateur du tambour, c'est-à-dire au -mi lieu entre les extrémités du tambour, comme représenté.
Cette bague sert à former un entrefer entre les deux moitiés du tam bour, sans diminuer sa rigidité ou sa résis tance mécanique. Un tambour extérieur 24, constituant une enveloppe, est fixé :sur l'axe 22 et présente un diamètre tel qu'il n'existe qu'un très petit entrefer 25 entre sa surface interne et la surface externe du tambour 23, cet entrefer étant beaucoup plus petit que la distance séparant les deux moitiés du tam bour 23, c'est-à-dire plus petit que la largeur < le la bague 23'. Une plaque d'extrémité 24' est conformée de manière à pouvoir être vissée séparément ;sur le corps de l'enveloppe 24 pour fermer celle-ci. Cette enveloppe pourrait aussi être faite d'une seule pièce, soudée ou assemblée d'une autre manière connue.
Un en roulement 26 est disposé autour de l'axe 21 et forme un solénoïde dont cet axe forme le noyau magnétique. Des conducteurs isolés 33 et 34 relient l'enroulement: 26 à des bagues<B>32</B> montées sur l'axe 21. Des balais 31 amènent du courant électrique fourni par une batterie 27 et traversant un rhéostat de commande 29, de -manière à permettre d'exciter l'enroule ment de champ 26 au moyen d'une source extérieure. La batterie 27 et le rhéostat 28 sont des symboles conventionnels représentant n'importe quelle source de courant convena ble et des moyens permettant de commander le courant fourni par cette source.
Il est à re marquer que l'extrémité du tambour 23 oppo sée à l'axe 21 est supportée par l'axe 22 au moyen d'in palier 37, et que l'axe 21 est sup porté dans un palier 36 logé dans la partie centrale de la plaque 24', de façon à former une structure rigide et mécaniquement résis tante.
Les paliers 36 et 37 comprennent des bagues de bronze qui assurent un entrefer magnétique convenable entre chaque tambour, et l'axe de l'autre tambour. Dans le même but, les extrémités du tambour 24 pourraient aussi être faites d'une matière non rhagnéti- que. L'espace compris entre les deux tam bours est rempli d'un mélange de fluide ma gnétique, comme dans la première forme d'exécution.
Quand l'enroulement 26 est excité, un flux magnétique sort radialement de l'axe 21 à l'une des extrémités de l'une des moitiés du tambour 23, passe jusque dans les parois cy lindriques de cette moitié de tambour et à travers le petit entrefer 25 jusque dans le mé lange fluide magnétique pour pénétrer dans le tambour 24 et retourner vers l'autre moitié du tambour 23, l'entrefer magnétique 23' étant beaucoup plus grand que l'entrefer ma gnétique 25 entre les deux parties cylindri ques des tambours, et radialement vers l'inté rieur à l'extrémité de l'autre moitié de tam bour 23 jusqu'à l'axe 21.
L'action magnétique d'embrayage ou de freinage est la même que dans la première forme d'exécution, mais elle est plus efficace parce que le couple est déve loppé près de la périphérie des tambours, ce qui donne le plus grand bras de levier possi ble pour le couple, tandis que l'enroulement 26 occupe la partie centrale du dispositif, partie dans laquelle il ne peut en tout cas se développer qu'un petit couple.
Au lieur d'un enroulement de champ, on peut utiliser un aimant permanent. C'est le cas dans la troisième forme d'exécution, re présentée à. la fig. 3 et dans laquelle un ro tor 43 fixé à un axe 41 est fait d'une matière susceptible d'être magnétisée et de conserver une aimantation permanente, par exemple en un alliage d'aluminium, de nickel et de cobalt. Ce rotor est. fortement magnétisé dans des zones espacées, comme indiqué, de manière à produire alternativement des pôles nord et sud permanents à sa périphérie cylindrique. Le flux magnétique circule donc dans l'espace compris entre le cylindre 43 et un tambour 44, comme le montre la fig. 4.
Cet espace est rempli d'un mélange de fluide magnétique, comme dans les formes d'exécution précé dentes. Le fonctionnement est semblable à ce lui de ces deux premières formes d'exécution, sauf que la force agissant entre l'axe 41 et un axe 42 solidaire du tambour 44 ne peut être réglée électriquement. Le dispositif. constitue de ce fait une transmission à couple constant pour toutes les charges entraînant un glisse ment, c'est-à-dire chaque fois que le couple d'entraînement maximum est dépassé.
Dans un dispositif à aimant permanent, il est possible de modifier le couple transmis en faisant varier l'entrefer séparant les deux faces du dispositif, par exemple comme le montre schématiquement la fig. 4 qui repré sente une quatrième forme d'exécution com prenant des moyens agencés de manière à per- mettre de déplacer axialement l'un par rap port à l'autre deux éléments tournants 51 et 52 constitués- par des axes. Un collier 53 fixé sur l'axe 52 tourne librement dans un anneau 5.1: solidaire d'un levier de commande 55.
Il est évident qu'un déplacement du levier 55 a polir effet, de modifier l'entrefer séparant des organes 57 et 58, -de manière à faire va rier le couple transmis à l'axe 51 à partir d'un arbre 50 et par l'intermédiaire de l'axe 52. Ce levier constitue ainsi un équivalent mé canique du rhéostat 9 de la fig. 1 et du i rhéostat 29 de la fig. 2.
La fig. 5 représente une cinquième forme d'exécution constituant un frein. Ce frein fonctionne selon les principes décrits en réfé rence à la fig. 1. Dans cette forme d'exécu tion, le rendement spatial est amélioré en uti lisant plusieurs disques pour augmenter les surfaces opposées coopérant avec le mélange magnétique. Ce dispositif constitue un frein comprenant un élément de réaction 64 qui est maintenu fixe.
A la place du disque unique 3 de la. fig. 1, il comprend en outre plusieurs disques 63 qui sont associés à un axe 61 et, entre ces disques et près de ceux-ci, plusieurs rondelles 64' associées à l'élément fixe 64 au quel elles sont fixées au moyen de boulons de laiton 68, avec des colliers d'espacement non magnétiques 68'.
Quand aucun courant ne traverse un enroulement 66 disposé coaxiale- ment à l'intérieur de l'élément fixe 64 et autour des disques 63 et des rondelles 64', l'axe 61 est libre de tourner, mais quand cet enroulement est excité, un champ magnétique est engendré et passe, comme le montrent les flèches, produisant le même effet que dans la première forme d'exécution, sauf que soi, action est multipliée par le nombre de dis ques employés, en supposant que l'intensité du champ et le diamètre des disques soient les mêmes que dans cette première forme d'exé cution.
Comme un frein doit dissiper de la cha leur, le dispositif est refroidi par une circu lation du mélan,re magnétique fluide qui passe dans un serpentin de refroidissement 70. Une pompe 71 est prévue pour assurer cette circulation et est entraînée par l'axe 61, comme le montre schématiquement la fig. 5. La circulation du mélange a aussi l'avantage de tendre à maintenir celui-ci dans un état homogène et de diminuer ainsi toute ten dance à se déposer que pourraient avoir les particules solides.
La fig. 6 représente une sixième forme d'exécution comprenant deux axes 81 et 82 susceptibles de tourner l'un par rapport à l'autre et d'être magnétiquement accouplés l'un à l'autre pour transmettre un couple au moyen d'un enroulement fixe 86. Une enve loppe 84, comprenant une partie non magné tique 84', entoure un disque 83 et est remplie d'un mélange de fluide magnétique. Un presse-étoupe 85 sert à retenir ce fluide dans l'enveloppe. Polir produire un champ magné tique, le dispositif comprend un enroulement fixe 86 entouré par un élément de support magnétique 87. Des conducteurs 88 et 89 amènent le courant d'une source réglable con venable à l'enroulement 86.
La répartition dit flux magnétique est indiquée par des flèches.
Bien que .l'enroulement de champ soit sta tionnaire et: que les organes d'embrayage 83 et 84 tournent quand l'enroulement est excité, aucun courant de F'oucault n'est induit dans les disques par ce mouvement relatif à. cause de la symétrie radiale .du dispositif et chi l'ait que les faces des organes 83 et 84 qui coopè rent avec le mélange magnétique sont polies, de sorte que le flux magnétique pénétrant en un point donné de l'un de ces organes en ro tatiort relative reste constant et qu'il. n'y a aucune variation de flux et par conséquent pas de courant induit.
Il peut y avoir quel ques courants de Foucault induits dans les particules de fer du mélange de fluide ma gnétique, mais comme ces particules sont extrêmement petites, il n'existe pas de longs trajets pour ces courants et l'effet est le même que celui obtenu avec (lu fer extrême ment bien laminé. Les courants de Foucault induits dans le mélange de fluide magnétique sont. clone complètement négligeables. Le prin eipal avantage de cette forme d'exécution ré side dans l'éliminatioxi des bagues et des balais.
Les fig. 7 et 8 montrent une septième forme d'exécution similaire en principe à celles représentées aux fig. 1 à. 6, niais qui convient pour fonctionner avec. du courant alternatif. Pour éviter des pertes excessives par courants de Foucault, des rotors 93 et 94 de cette forme d'exécution sont de construc tion laminée classique. Ces rotors sont respec tivement fixés à des axes 91 et 92, et des en roulements 96 et 96' sont disposés de manière à former des pôles nord et sud en 941 et 94B respectivement (fig. 8).
Quand un courant alternatif ou continu traverse les enroule rnents de champ en passant par des bagues 95, du fluide magnétique étant contenu dans le dispositif, le même effet d'embrayage ou de transmission de couple que celui précédem ment décrit est obtenu. Les fig. 9 et 10 représentent une huitième forme d'exécution semblable à celle représen tée aux fig. 7 et 8, sauf qu'elle comprend un rotor intérieur 103 qui porte des enroulements de champ, au lien que ceux-ci soient portés par le rotor extérieur qui, dans cette forme d'exécution, sert de chemin de retour pour le fïux magnétique.
Dans cette forme d'exécu- le tion, fait comme de disposer dans celle l'enroulement représentée à au la centre fig. 2, permet d'obtenir un plus grand bras de le vier pour la transmission du couple,
pour suie dimension donnée du dispositif.
Les formes d'exécution du dispositif, dé crites ci-dessus en référence aux fig. 1, 2 et 5 à 10, constituent des embrayages ou des freins commandés électromagnét.iquement, dont les p lèces ne subissent pratiquement pas d-Lts-tire, î capables de bloquer avec une grande force deux éléments tournants susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre et offrant des avantages par rapport aux embrayages ou aux freins à courants de Foucault connus. Parmi ces avantages,
i1 convient de relever la possibilité de bloquer lesdits éléments avec un couple pratiquement maximum, même lors que leur vitesse relative est la plus faible (ou nulle), un fonctionnement parfaitement doux et exempt de broutage lorsqu'il y a déplace ment relatif des éléments tournants et un couple pratiquement constant à toutes les vi tesses de glissement comprises dans une large gamme.
Un tel embrayage possède les mêmes avantages par rapport aux embrayages à fric tion, .du fait qu'il ne comprend pratiquement aucune pièce sotunise à une usure, de sa sim plicité, de son coût peu élevé et de sa com mande électrique simple et susceptible d'être effectuée à partir d'un point éloigné de l'em brayage proprement dit.
D'autres avantages de cet embrayage com prennent une réponse très rapide aux rapides modifications du courant de commande, un fonctionnement ne nécessitant qu'une source d'énergie électrique à basse tension, telle par exemple qu'une batterie d'accumulateurs, et la possibilité de fonctionner soit avec du cou lant alternatif, soit avec du - courant continu.
Method for producing, between at least two elements arranged to move relative to one another, a force opposing their movement, and device for implementing this method. The present invention relates to a method for producing, between at least two elements arranged to move relative to one another, a force opposing their movement, and a device for implementing this method.
Its particular purpose is to ensure transmission between adjacent elements which are not very far apart from one another. In a particular setting of the method according to the invention. the sliding of these elements is controlled with respect to each other by varying the force which opposes their relative displacement. The particular lean devices of the process according to the invention constitute clutches or brakes.
According to the process which is the subject of the invention, said elements are kept in contact with a mixture comprising a deformable substance and particles of a finely divided ferro-magnetic material, and this mixture is subjected to the action of a magnetic field. .
The device for carrying out the aforesaid method is characterized in that it comprises a first element consisting of a container containing said mixture, at least one other element having at least one part disposed inside said container and in contact with the mixture, and, means for producing a magnetic field inside the container. The appended drawing represents, by way of example, eight embodiments of the claimed device, in which the method according to the invention is implemented.
Figs. 1 to 6 are schematic axial sections of six embodiments.
Fig. 7 is a schematic axial section of a seventh embodiment.
Fig. 8 is a cross section along 8-8 of FIG. 7.
Fig. 9 is a schematic axial section of an eighth embodiment, and FIG. 10 is a cross section along 10-10 of FIG. 9.
The function of several of the embodiments shown is based on the fact that, if two surfaces of slightly spaced ferromagnetic material are joined together by a fluid containing a large number of particles of finely divided ferromagnetic material, for example for example by soft iron particles, and a magnetic field is applied between these two surfaces, they tend to block each other, so as to transmit a movement, transverse to the space between them and which contains said particles,
and this as long as the magnetic field remains.
Fig. 1 shows a first embodiment of the device. This comprises two axes 1 and 2, mounted to rotate independently in suitable bearings (not shown). A disc 3 is attached to the upper axis 1, while a casing 4 is attached to the lower axis 2.
This envelope contains a mixture of magnetic fluid comprising a fluid body and a quantity of particles of a finely divided ferromagnetic material, such as, for example, soft iron powder, of average size equal to eight microns. The percentage of powder can vary within fairly wide limits, but it has been found that a mixture containing about 60% powder by volume gives satisfactory results.
A field winding 6 is placed, as shown in the figure, so that when excited by an electric current, it produces a magnetic field in the space between the plates 3 and 4, as shown by the arrows . This space has a dimension such that it provides the shortest return path for the magnetic flux, the axis 1 being, for example, made of a non-magnetic material, a part 5 surrounding this axis being made of 'non-magnetic material, or the magnetic circuit being designed in any other manner suitable to provide efficient function.
This first embodiment is advantageously employed with a light lubricating oil, but, in general, any liquid having suitable mechanical properties can be used to ensure that the mixture behaves as a rather viscous fluid at all times. expected operating temperatures.
The non-magnetic part 5 carries batches 12 and it is. schematically represented as enclosing a bearing for the end of the casing 4 which surrounds the axis 1. A gland 10 which serves to retain the magnetic fluid in the casing 4 and to prevent it from penetrating up to 'at the bearing is also shown schematically. It is evident, however, that these details may vary to a great extent according to the requirements of the market. particular construction, to conform it to the principles of good design and mechanical practice.
A battery 7 is intended to supply current to the field winding 6, and this current can be controlled by means of a rheostat 9 and brought to the winding 6 by means of brushes 11 and rings 12 to which they are respectively connected conductors 13 and 14 which terminate at the terminals of said winding.
When the winding 6 is energized, there is a large coupling force between the two axes 1 and 2. For example, if the axis 1 is. dragged and rotates and, that the magnet is not excited, axis 2 remains stationary. If the current supplied to the winding 6 is gradually increased, a determined torque gradually arises between the two members 3 and 4. All other things being equal, the value of this torque depends on the current flowing through the winding 6. If the torque developed in the clutch is greater than that required by the load applied to. axis 2, the two members 3 and 4 are blocked relative to one another and rotate. to the. same speed.
A characteristic of clean engagement is that the driven axis reaches its maximum speed very smoothly and without shuffling. If the maximum torque that the clutch can develop (torque which is limited by the physical and electrical parameters of this clutch) is. less than that required to rotate axis 2 as fast as axis l., there is a relative slip between the two axes. However, at all slip speeds, the clutch transmits almost the same torque.
In other words, in the event of slippage, the clutch functions practically as a constant torque transmission device. The value of this constant torque is also the maximum value of the torque that the clutch is able to transmit without slipping. At high sliding speeds, some viscosity drive occurs which increases the torque, but when the surfaces co-operating with the magnetic fluid of the disc 3 are polished, this increase is usually negligible. It is obvious that the same device can also serve as a brake if one of the elements 1 and 2 is kept fixed.
Under these conditions, there is no effective braking action before the coil 6 is energized and, at this moment, an antagonistic torque exerting a braking action on the element constituted by the rotating axis is generates.
Fig. 2 shows a second embodiment comprising two elements constituted by pins 21 and 22. The pin 21 carries an internal drum 23 (corresponding to the disc 3 of Fig. 1) which is rigidly attached to it. This drum 23 is made of a ferromagnetic material such as iron, except for a ring 23 'which is made of brass or other non-magnetic material and which is. brazed or otherwise fixed in the vicinity of the equator of the drum, that is to say in the middle between the ends of the drum, as shown.
This ring serves to form an air gap between the two halves of the drum, without reducing its rigidity or its mechanical strength. An outer drum 24, constituting a casing, is fixed: on the axis 22 and has a diameter such that there is only a very small air gap 25 between its internal surface and the external surface of the drum 23, this air gap being much smaller than the distance separating the two halves of the drum 23, that is to say smaller than the width <the ring 23 '. An end plate 24 'is shaped so that it can be screwed separately onto the body of the casing 24 to close the latter. This envelope could also be made in one piece, welded or assembled in another known manner.
A rolling 26 is arranged around the axis 21 and forms a solenoid, this axis of which forms the magnetic core. Insulated conductors 33 and 34 connect the winding: 26 to rings <B> 32 </B> mounted on the axis 21. Brushes 31 bring electric current supplied by a battery 27 and passing through a control rheostat 29, so as to enable the field winding 26 to be excited by means of an external source. Battery 27 and rheostat 28 are conventional symbols representing any suitable current source and means for controlling the current supplied by that source.
It should be noted that the end of the drum 23 opposite to the axis 21 is supported by the axis 22 by means of a bearing 37, and that the axis 21 is supported in a bearing 36 housed in the central part of the plate 24 ', so as to form a rigid and mechanically resistant structure.
The bearings 36 and 37 include bronze rings which provide a suitable magnetic gap between each drum, and the axis of the other drum. For the same purpose, the ends of the drum 24 could also be made of a nonregnetic material. The space between the two drums is filled with a mixture of magnetic fluid, as in the first embodiment.
When the winding 26 is energized, a magnetic flux exits radially from the axis 21 at one end of one of the halves of the drum 23, passes into the cylindrical walls of this half of the drum and through the small air gap 25 into the magnetic fluid mixture to enter drum 24 and return to the other half of drum 23, the magnetic air gap 23 'being much larger than the magnetic air gap 25 between the two cylindrical parts drums, and radially inward at the end of the other half of drum 23 to the axis 21.
The magnetic clutching or braking action is the same as in the first embodiment, but it is more efficient because the torque is developed near the periphery of the drums, resulting in the greatest leverage. possible for the couple, while the winding 26 occupies the central part of the device, part in which it can in any case develop a small torque.
In addition to a field winding, a permanent magnet can be used. This is the case in the third embodiment, shown at. fig. 3 and in which a ro tor 43 fixed to an axis 41 is made of a material capable of being magnetized and of retaining a permanent magnetization, for example of an alloy of aluminum, nickel and cobalt. This rotor is. strongly magnetized in spaced areas, as shown, so as to alternately produce permanent north and south poles at its cylindrical periphery. The magnetic flux therefore circulates in the space between the cylinder 43 and a drum 44, as shown in FIG. 4.
This space is filled with a mixture of magnetic fluid, as in the previous embodiments. The operation is similar to that of these first two embodiments, except that the force acting between the axis 41 and an axis 42 integral with the drum 44 cannot be regulated electrically. The device. therefore constitutes a constant torque transmission for all loads causing slippage, ie whenever the maximum drive torque is exceeded.
In a permanent magnet device, it is possible to modify the torque transmitted by varying the air gap separating the two faces of the device, for example as shown schematically in FIG. 4 which represents a fourth embodiment comprising means arranged so as to make it possible to move axially with respect to one another two rotating elements 51 and 52 constituted by axes. A collar 53 fixed on the axis 52 rotates freely in a ring 5.1: integral with a control lever 55.
It is obvious that a movement of the lever 55 has a polishing effect, to modify the air gap separating the members 57 and 58, so as to make the torque transmitted to the axis 51 from a shaft 50 and by through the axis 52. This lever thus constitutes a mechanical equivalent of the rheostat 9 of FIG. 1 and the i rheostat 29 of FIG. 2.
Fig. 5 shows a fifth embodiment constituting a brake. This brake operates according to the principles described with reference to fig. 1. In this embodiment, the spatial efficiency is improved by using several disks to increase the opposing surfaces cooperating with the magnetic mixture. This device constitutes a brake comprising a reaction element 64 which is kept fixed.
Instead of the single disc 3 of the. fig. 1, it further comprises several discs 63 which are associated with an axis 61 and, between these discs and near them, several washers 64 'associated with the fixed element 64 to which they are fixed by means of brass bolts 68, with non-magnetic spacers 68 '.
When no current passes through a winding 66 disposed coaxially inside the fixed element 64 and around the disks 63 and washers 64 ', the shaft 61 is free to rotate, but when this winding is energized, a magnetic field is generated and passes, as shown by the arrows, producing the same effect as in the first embodiment, except that self, action is multiplied by the number of disks employed, assuming that the field strength and the diameter of the discs are the same as in this first embodiment.
As a brake must dissipate heat, the device is cooled by circulating the mixture, re magnetic fluid which passes through a cooling coil 70. A pump 71 is provided to ensure this circulation and is driven by the axis 61 , as shown schematically in fig. 5. The circulation of the mixture also has the advantage of tending to maintain it in a homogeneous state and thus of reducing any tendency to settle which the solid particles could have.
Fig. 6 shows a sixth embodiment comprising two axes 81 and 82 capable of rotating relative to one another and of being magnetically coupled to one another to transmit a torque by means of a fixed winding 86. A casing 84, including a non-magnetic portion 84 ', surrounds a disc 83 and is filled with a mixture of magnetic fluid. A gland 85 is used to retain this fluid in the envelope. To produce a magnetic field, the device comprises a fixed winding 86 surrounded by a magnetic support member 87. Conductors 88 and 89 carry current from a suitable adjustable source to the winding 86.
The so-called magnetic flux distribution is indicated by arrows.
Although the field winding is stationary and the clutch members 83 and 84 rotate when the winding is energized, no eddy current is induced in the discs by this relative movement. cause of the radial symmetry .du device and chi has it that the faces of the members 83 and 84 which cooperate with the magnetic mixture are polished, so that the magnetic flux entering at a given point of one of these members in relative ro tatiort remains constant and that it. there is no variation in flux and therefore no induced current.
There may be a few eddy currents induced in the iron particles of the magnetic fluid mixture, but since these particles are extremely small, there are no long paths for these currents and the effect is the same as that. obtained with extremely well rolled iron. The eddy currents induced in the magnetic fluid mixture are completely negligible. The main advantage of this embodiment lies in the elimination of rings and brushes.
Figs. 7 and 8 show a seventh embodiment similar in principle to those shown in FIGS. 1 to. 6, but which is suitable to work with. alternating current. To avoid excessive eddy current losses, rotors 93 and 94 of this embodiment are of conventional laminate construction. These rotors are respectively fixed to axes 91 and 92, and bearings 96 and 96 'are arranged so as to form north and south poles at 941 and 94B respectively (FIG. 8).
When an alternating or direct current passes through the field windings passing through rings 95, with magnetic fluid being contained in the device, the same clutch or torque transmission effect as that previously described is obtained. Figs. 9 and 10 show an eighth embodiment similar to that shown in FIGS. 7 and 8, except that it comprises an inner rotor 103 which carries field windings, so that these are carried by the outer rotor which, in this embodiment, serves as a return path for the magnetic wire .
In this form of execution, made like arranging the winding shown in the center fig. 2, makes it possible to obtain a bigger arm of the lever for the transmission of the torque,
for soot given dimension of the device.
The embodiments of the device, described above with reference to FIGS. 1, 2 and 5 to 10, constitute electromagnetically controlled clutches or brakes, the parts of which are practically not subjected to pulling, capable of blocking with great force two rotating elements capable of moving the machine. one over the other and offering advantages over known eddy current clutches or brakes. Among these advantages,
It should be noted the possibility of locking said elements with practically maximum torque, even when their relative speed is the lowest (or zero), a perfectly smooth operation and free of chatter when there is relative movement of the rotating elements and virtually constant torque at all sliding speeds over a wide range.
Such a clutch has the same advantages over friction clutches, owing to the fact that it comprises practically no parts liable to wear, its simplicity, its low cost and its simple and sensitive electrical control. to be carried out from a point remote from the clutch itself.
Other advantages of this clutch include a very rapid response to rapid changes in control current, operation requiring only a low voltage source of electrical energy, such as for example a storage battery, and the possibility of operating either with alternating current or with direct current.